tính toán máy biến áp 1 pha công suất nhỏ bằng phần mềm matlab

Nội dung đề tài trình bày phương pháp tính toán dây quấn máy biến áp cách ly một pha bằng phần mềm Matlab nhằm xây dựng chương trình máy tính có khả năng tính toán tự động các thông số c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP 1 PHA CÔNG SUẤT NHỎ BẰNG PHẦN MỀM MATLAB

MÃ SỐ: T2011 - 20

S 0 9

S KC 0 0 3 3 8 0

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Giới hạn đề tài 1

1.3 Mục đích nghiên cứu 1

1.4 Cơ sở tính toán 1

1.5 Ý nghĩa của việc tính toán ……… 1

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY 1 PHA 2.1 Phương pháp tính gần đúng 2

2.2 Phương pháp tính chính xác 2

2.3 Ví dụ tính toán mẫu ………8

2.3.1 Cách tính gần đúng ……….8

2.3.2 Cách tính chính xác 11

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB 4.1 Sơ lược về Matlab 15

4.1.1 Matlab là gì 15

4.1.2 Cài đặt phần mềm Matlab 15

4.1.3 Khởi động và thoát khỏi Matlab 24

4.2 Các phép toán trong Matlab 29

4.3 Tạo giao diện trong Guide/Matlab 32

CHƯƠNG IV: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH TRÊN MATLAB

4.1 Giao diện tính toán, viết chương và kết quả tính toán máy biến áp cách

ly một pha theo cách tính gần đúng ……….38

4.1.1 Giao diện tính toán 38

4.1.2 Viết chương trình tính toán 39

4.1.3 Kết quả tính toán 44

4.2 Giao diện tính toán, viết chương và kết qủa tính toán máy biến áp cách ly một pha theo cách tính chính xác ……….45

4.2.1 Giao diện tính toán ……….45

4.2.2 Viết chương trình tính toán 46

4.2.3 Kết quả tính toán 52

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận 53

5.2 Hướng phát triển 53

Tài liệu tham khảo 54

CHƯƠNG I:

DẪN NHẬP

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Máy điện nói chung, máy biến áp một pha nói riêng luôn giữ một vai trò hết sức quan trọng, là một thiết bị điện không thể thiếu trong đời sống, trong công nghiệp hoặc thiết bị điện tử dân dụng Vì vậy, yêu cầu khi thiết kế máy biến áp phải đđảm bảo tính chính xác, đđộ tin cậy cao Khi áp dụng cách tính toán bằng tay sẽ mất nhiều thời gian và không đáp ứng được yêu cầu tính toán tự động áp dụng cho các lõi thép kỹ thuật trong thị trường hiện nay Ngoài ra, nhằm giúp SV và các cán bộ kỹ thuật áp dụng công nghệ thông tin trong việc tính toán thiết kế các thiết bị điện nói chung và máy biến áp nói riêng Nội dung đề tài trình bày phương pháp tính toán dây quấn máy biến áp cách ly một pha bằng phần mềm Matlab nhằm xây dựng chương trình máy tính có khả năng tính toán tự động các thông số cơ bản của dây quấn và lõi thép của máy biến áp: số vòng dây, cỡ dây, khối lượng dây và các thông số về điện cuả máy biến áp cách ly 1 pha

1.2 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:

Nội dung của đề tài được giới hạn:

Tính toán máy biến áp cách ly 1 pha công suất nhỏ bằng phương pháp gần đúng và phương pháp chính xác

1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đề tài này được thực hiện nhằm:

Cung cấp tài liệu, cho SV và cán bộ kỹ thuật các cơ sở chế tạo, sửa chữa máy biến áp và các độc giả quan tâm đến việc tính toán tự động máy biến áp một pha công suất nhỏ bằng phần mềm Matlab

1.4 CƠ SỞ TÍNH TOÁN

Dựa trên những kiến thức về lý thuyết tính toán máy điện cùng với phần mềm Matlab nhóm nghiên cứu tiến hành viết chương trình tính toán cho máy biến áp cách

ly 1 pha

1.5 Ý NGHĨA CỦA VIỆC TÍNH TOÁN

Việc tính toán sẽ cho ta biết được nhanh chóng và chính xác những thông số cơ bản cho việc chế tạo một máy biến áp theo yêu cầu Ngoài ra còn có ý nghĩa về học thuật giúp SV áp dụng được phần mềm Matlab trong tính toán máy điện nói chung và máy biến áp nói riêng

2.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH GẦN ĐÚNG

 Cơng suất đầu ra máy biến áp

- Điện áp khi không tải của các cuộn thứ cấp :

Trong đó I21 dòng điện định mức cuộn thứ cấp thứ 1

J = ( 3÷4) A/mm2: mật độ dòng điện trong dây quấn

- Tiết diện của dây quấn sơ cấp:

Adây : Tổng tiết diện của dây quấn

Acửa sổ : Tiết diện của cửa sổ lõi thép : Acửa sổ = 3𝑎

2

4

Nếu klđ không thuộc phạm vi: 0,36†0,46 thì cần phải hiệu chỉnh các tham số đã chọn

- Khối lượng thép : Wthép = 46,8a2b (kg)

Trong đó đơn vị của a,b là (dm)

At(cm2)

wthép(kg)

Trong đó : a các giá trị được chọn trước (chọn từ số liệu thực tế )

Thay vào biểu thức (*) ta tìm được b → At → nv → N11, N12, N21, N22, N23

 Wthép = 46,8.a2.b (kg) Trong đó đơn vị a, b là dm

 Thường chọn b = 1,5a

2.3 Ví dụ tính toán mẫu

Xác định các thông số và kích thước lõi thép biến áp dùng làm bộ nguồn

với tham số sơ và thứ cấp như trong sơ đồ trên:

Chọn mật độ từ cảm dùng cho lõi thép là:B = 0,75(T), mật độ dòng điện

J=3,5(A/mm2), khd = 1, tần số f = 50 (Hz), hiệu suất biến áp 𝖞 = 0,9

B1: Xác định số liệu ban đầu :

S2 = U21.I21 + 2.U22.I22 + 2.U23.I23 = 15.0,5 + 2.17.0,2+ 2.20.6 = 254,3 (VA)

B2: Xác định tiết diện tính toán lõi thép:

At = 1,423.khd. 𝑆2

𝐵 = 1,423.1.

254,3 0,75 = 30,256 (cm

2 )

S12 = 𝐼12

1,284 3,5 = 0,366 (mm

2

)

- Tiết diện dây quấn thứ cấp:

+ S21 = 𝐼21

0,5 3,5 = 0,142 (mm

2 ) → d21 = 4.𝑠21

4.0,142 3,14 = 0,425

2 ) → d22 = 4.𝑠22

4.0,057 3,14 = 0,269

2 ) → d23 = 4.𝑠23

4.1,714 3,14 =1,477 (mm

W(kg)

7,78

7,078

2 )

S12 = 𝐼12

1,284 3,5 = 0,366 (mm

S22 = 𝐼22

0,2 3,5 = 0,057 (mm2 )

S23 = 𝐼23

6 3,5 = 1,714 (mm2 )

- Khối lượng lõi thép:

Wthép = 46,8.a2.b = 46,8.0,42.0,56 = 4,19 (kg)

CHÖÔNG III

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB

3.1 Sơ lƣợc về Matlab

3.1.1 Matlab là gì

Như chúng ta đã biết, do tính khả dụng của phần mềm Matlab nên Matlab

đang được sử dụng rất rộng rãi trong các trường đại học với mục đích

giảng dạy, không những thế nó còn được ứng dụng trong nhiều nghành

nghề khác nhau Matlab cho phép các thao tác ma trận, thực hiện các thuật

toán, tạo ra các giao diện người dùng, và cho phép lập trình với các

chương trình viết bằng ngôn ngữ khác, bao gồm C, C + +, và Fortran

Đề tài nghiên cứu ở đây đi sâu vào Guide/Matlab: Guide trong Matlab cho

phép trong giao diện này người ta có thể xuất dữ liệu dưới hai dạng: Văn

bản và đồ họa Mỗi một Guide có một hay nhiều layout Guide tạo nên một

công cụ đồ họa phục vụ xuất nhập dữ liệu một cách trực giác rất thuận

tiện Ngoài ra Guide còn dùng để giám sát các quá trình, hiển thị đối

tượng

3.1.2 Cài đặt phần mềm Matlab

Sau đây là từng bước cài đặt phần mềm Matlab:

Bước 1: Nhấn chuột vào file setup và chờ chương trình copy file để cài đặt

Bước 2: Sau khi giao diện khởi động cài đặt xuất hiện, nhấn chuột và Next

để cài đặt

Bước 4: Nhấn chuột vào yes và Next để tiếp tục cài đặt

Bước 5: Tiếp tục nhấn chuột vào ô Next nếu cài đặt chuẩn Hoặc custom

nếu ta cài đặt theo ý muốn loại bỏ những chương trình không cần thiết

Bước 6: Nhấn Next để tiếp tục cài chương trình vào máy

Bước 7: Nhấn vào Install để tiến hành cài đặt

Bước 8: Chờ máy tính cài đặt chương trình

Bước 9: Nhấn OK để tiếp tục cài đặt

Bước 11: Khi máy tính chạy xong part 2 ta tiến hành bước 12 tương tự như

bước 10 đối với part 3 (Math3(I))

Bước 12: Sau khi máy tính đã cài xong part 3, ta nhấn Next và Finish để

hoàn tất việc cài đặt

3.1.3 Khởi động và thoát khỏi Matlab

Bước 1: Vào start/all programs/MATHLAB/R2006a/MATHLAB 2006a,

hoặc nhấn trực tiếp vào biểu tượng Matlab trên màn hình để bắt đầu khởi

động chương trình

Bước 3: Matlab khởi động xong với giao diện Command Window

Bước 4: Nhấn chuột vào File/New/GUI để khởi động Guide trong Matlab

Bước 5: Khi giao diện Guide Quick Start xuất hiện, ta nhấn OK để vào

chương trình Guide

Bước 6: Giao diện untitle.fig cho phép ta thực hiện công việc trên đó

Bước 7: Để mở một chương trình đã lưu trong máy tính, ta nhấn vào

file/Open và nhấn vào file cần mở để mở chương trình

Bước 8: Để tạo một chương trình mới, ta nhấn vào File/New/Ok

Bước 9: Để lưu 1 chương trình, ta nhấn vào File/ Save as Giao diện Save

As xuất hiện, ta nhấn đặt tên cho chương trình và nhấn Save để lưu file đã

tạo

Bước 10: Để thoát khỏi Matlab, ta đánh lệnh quit và nhấn Enter

3.2 Các phép toán trong Matlab

3.2.1 Các toán tử và ký hiệu đặc biệt

4.2.1.1 Các toán tử số học (Arithmetic Operators)

tên biến, là nơi lưu giá trị ngập vào

„promt‟: chuỗi ký tự muốn nhập vào

„s‟: cho biết giá trị nhập vào là nhiều ký tự

d) Ví dụ:

Viết chương trình nhập vào 2 số và so sánh hai số đó

a = input(„Nhập a: ‟);

b = input(„Nhập b: ‟);

if a > b

disp(„a lớn hơn b‟); elseif a ==b

3.2.3 Hàm làm việc với Handle và giao diện

-Get : Lấy thông tin từ đối tượng

-Set :Đặt thông tin vào đối tượng

3.3 Tạo giao diện trong Guide/Matlab

3.3.1 Tạo GUIDE bằng công cụ đồ họa

Tạo Guide bằng công cụ đồ hoạ: Ta có thể tạo Guide bằng công cụ

đồ hoạ, khi nhập lệnh Guide ta gọi trình đồ hoạ (Graphics User

Interface Development Environment) để soạn thảo layout Kết quả đầu

tiên là ta có một layout rỗng sau:

Hình 3.1 Giao diện thiết kế trên Guide

Việc đầu tiên là ta thiết kế giao diện mong muốn Ta sẽ dùng chuột kéo các

phần tử cần dùng từ bên trái và thả vào layout rỗng bên phải Ta

có thể dịch chuyển các phần tử này đế các vị trí mong muốn và cân

chỉnh bằng công cụ Alignment Với mỗi phần tử ta cấn xác định

thuộc tính cho nó bằng cách bấm đúp vào phần tử hay bấm vào công cụ

soạn thảo thuộc tính Sau khi thiết kế xong ta lưu nó lại Lúc này Matlab tự động tạo ra file *.fig dùng lưu giao diện vừa tạo và

file *.m chưa các mã lệnh cần thực hiện Việc cuối cùng là viết các mã

lệnh vào file *.m Trong quá trình thiết kế ta có thể chạy thử xem sau

mỗi bước thiết kế đã đạt yêu cầu chưa bằng cách bấm vào ô chạy thử

Nhiệm vụ của bài tập là thiết kế giao diện sử dụng và viết chương trình tính

tổng và hiệu Trước hết ta gọi GUIDE và có một layout rỗng Vào property inspector

và ghivào name chuỗi “TINH TONG HIEU” và chấp nhận thuộc tính tag

của figure1 Ta dùng ô Edit text để nhập số cần tính tổng hoặc hiệu và hiển

thị kết quả Ta vào property inspector rồi chọn String và xóa hết chữ trong

String của nó Tiếp theo ta dùng ô Push button sử dụng với 4 ô cần sử

dụng: KẾT QUẢ Ta cũng vào property inspector của Push button để thay

đổi tên cho từng ô Như vậy là ta đã thiết kế xong phần giao diện sư dụng với thuộc tính tag

của các Push button tên là KẾT QUẢ là Push button1 Cũng tương tự với

các Edit text là Edit1, Edit2, Edit3, Edit4 Nhiệm vụ thiếp theo của ta là

viết chương trình cho bài tập vào file tinhtonghieu.m File này đã được

Matlab tự động tạo ra trước Công việc của ta là thêm vào đó các mã lệnh

để khi ta nhập số vào và nhấp chuột vào các ô KẾT QUẢ thì cho ta

kết quả như ý muốn

Định thuộc tính của đối tượng MENU: View→Properties Inspect

+Giao diện chính: -Màu nền giao diện: Color Tùy chọn

-Tên tựa đề giao diện : Name TINH TONG HIEU

- Độ lớn giao diện: Position [130 25 159 36 ]

-Đặt tên giao diện: Tag fugure

+Tạo Panel:

-Màu nền : BachgroundColor Tùy chọn

-Đổi Font Text FontSize VNI-Times

-Màu Text: BackgroundColor Tùy chọn

-Đặt tên cho Panel 1 Tag uipanel 1

-Đặt tên cho Panel 2 Tag uipanel 2

-Đặt tên cho nhãn 1 Tilte THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

-Đặt tên cho nhãn 2 Tilte THÔNG SỐ ĐẦU RA

+Tạo 4 Stalix Text :

+Stalic Text thứ nhất:

- Màu nền : BachgroundColor Tùy chọn

-Đổi Font Text FontSize VNI-Times

-Màu Text: BackgroundColor Tùy chọn

-Đặt Nhãn String NHẬP a

-Đặt tên cho Text Tag text1

+Stalic Text thứ hai:

- Màu nền : BachgroundColor Tùy chọn

-Đổi Font Text FontSize VNI-Times

-Màu Text: BackgroundColor Tùy chọn

-Đặt Nhãn String NHẬP b

-Đặt tên cho Text Tag text2

+Stalic Text thứ ba:

- Màu nền : BachgroundColor Tùy chọn

-Đổi Font Text FontSize

VNI-Times

-Màu Text: BackgroundColor Tùy chọn

-Đặt Nhãn String TỔNG LÀ C

-Đặt tên cho Text Tag text3

+Stalic Text thứ tư:

- Màu nền : BachgroundColor Tùy chọn

-Đổi Font Text FontSize VNI-Times

-Màu Text: BackgroundColor Tùy chọn

-Đặt Nhãn String HIỆU LÀ D

-Đặt tên cho Text Tag text4

+Tạo 4 Edit Text:

+Edit Text thứ nhất:

- Màu nền : BachgroundColor Tùy chọn

-Đổi Font Text FontSize VNI-Times

-Màu Text: BackgroundColor Tùy chọn

-Đặt Nhãn String 5

-Đặt tên cho Text Tag text_a

+Edit Text thứ hai:

- Màu nền : BachgroundColor Tùy chọn

-Đổi Font Text FontSize VNI-Times

-Màu Text: BackgroundColor Tùy chọn

-Đặt Nhãn String 4

-Đặt tên cho Text Tag text_b

+Edit Text thứ ba:

- Màu nền : BachgroundColor Tùy chọn

-Đổi Font Text FontSize VNI-Times

-Màu Text: BackgroundColor Tùy chọn

-Đặt Nhãn String 0

-Đặt tên cho Text Tag text_C

+Edit Text thứ TƯ:

- Màu nền : BachgroundColor Tùy chọn

-Đổi Font Text FontSize VNI-Times

-Màu Text: BackgroundColor Tùy chọn

-Đặt Nhãn String 0

-Đặt tên cho Text Tag text_D

+Tạo Push Button

+Edit Text thứ nhất:

- Màu nền : BachgroundColor Tùy chọn

-Đổi Font Text FontSize VNI-Times

-Màu Text: BackgroundColor Tùy chọn

-Đặt Nhãn String KẾT QUẢ

-Đặt tên cho Text Tag Push_KQ

CHÖÔNG IV

VIẾT CHƯƠNG TRÌNH TRÊN MATLAB

4.1 Giao diện tính toán, viết chương trình và kết quả tính toán máy

biến áp cách ly 1 pha theo cách tính gần đúng

4.1.1 Giao diện tính toán

4.1.2 Viết chương trình tính toán

function varargout = TINHTOANDETAIHA(varargin)

function TINHTOANDETAIHA_OpeningFcn(hObject, eventdata,

I21 = get(handles.edit_I21,'string'); I21 = str2num(I21);

I22 = get(handles.edit_I22,'string'); I22 = str2num(I22);

I23 = get(handles.edit_I23,'string'); I23 = str2num(I23);

U21 = get(handles.edit_U21,'string'); U21 = str2num(U21);

U22 = get(handles.edit_U22,'string'); U22 = str2num(U22);

U23 = get(handles.edit_U23,'string'); U23 = str2num(U23);

S2 = (I21*U21) + 2*(I22*U22) + 2*(I23*U23);

set(handles.edit_S2,'string', num2str(S2));

% Dòng điện sơ cấp I11

U11 = get(handles.edit_U11,'string'); U11 = str2num(U11);

I11=S2/(N*2*U11);set(handles.edit_I11,'string', num2str(I11));

% Dòng điện sơ cấp I12

U12 = get(handles.edit_U12,'string'); U12 = str2num(U12);

4.1.3 Kết Quả Tính Toán

4.2 Giao diện tính toán,viết chương trình và kết qủa cách tính chính

xác thông số máy biến áp cách ly một pha

4.2.1 Giao diện tính toán

4.2.2 Viết chương trinh tính toán

function varargout = ha(varargin)

I21 = get(handles.edit_I21,'string'); I21 = str2num(I21);

I22 = get(handles.edit_I22,'string'); I22 = str2num(I22);

I23 = get(handles.edit_I23,'string'); I23 = str2num(I23);

U21 = get(handles.edit_U21,'string'); U21 = str2num(U21);

U22 = get(handles.edit_U22,'string'); U22 = str2num(U22);

U23 = get(handles.edit_U23,'string'); U23 = str2num(U23);

S2 = (I21*U21) + 2*(I22*U22) + 2*(I23*U23);

set(handles.edit_S2,'string', num2str(S2));

%Dòng điện sơ cấp I11,I12

U11 = get(handles.edit_U11,'string'); U11 = str2num(U11);

N = get(handles.edit_N,'string'); N = str2num(N);

I11=S2/(2*N*U11);

set(handles.edit_I11,'string', num2str(I11));